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1、实验一 寄存器实验实验目的:了解模型机中各种寄存器结构、工作原理及其控制方法。实验要求:利用CPTH 实验仪上的K16.K23 开关做为DBUS 的数据,其它开关做为控制信号,将数据写入寄存器,这些寄存器包括累加器A,工作寄存器W,数据寄存器组R0.R3,地址寄存器MAR,堆栈寄存器ST,输出寄存器OUT。 实验电路:寄存器的作用是用于保存数据的CPTH 用74HC574 来构成寄存器。74HC574 的功能如下: 实验1:A,W 寄存器实验原理图寄存器A原理图寄存器W 原理图连接线表:系统清零和手动状态设定:K23-K16开关置零,按RST钮,按TV/ME键三次,进入Hand.手动状态。在后
2、面实验中实验模式为手动的操作方法不再详述将55H写入A寄存器二进制开关K23-K16用于DBUS7:0的数据输入,置数据55H置控制信号为:按住STEP脉冲键,CK由高变低,这时寄存器A的黄色选择指示灯亮,表明选择A寄存器。放开STEP键,CK由低变高,产生一个上升沿,数据55H被写入A寄存器。将66H写入W寄存器二进制开关K23-K16用于DBUS7:0的数据输入,置数据66H置控制信号为:按住STEP脉冲键,CK由高变低,这时寄存器W 的黄色选择指示灯亮,表明选择W寄存器。放开STEP 键,CK 由低变高,产生一个上升沿,数据66H 被写入W 寄存器。注意观察: 数据是在放开STEP键后改
3、变的,也就是CK的上升沿数据被打入。 WEN,AEN为高时,即使CK有上升沿,寄存器的数据也不会改变。实验2:R0,R1,R2,R3 寄存器实验连接线表将11H、22H、33H、44H写入R0、R1、R2、R3寄存器将二进制开关K23-K16,置数据分别为11H、22H、33H、44H置控制信号为:K11、K10为10,K1、k0分别为00、01、10、11并分别按住STEP 脉冲键,CK 由高变低,这时寄存器R0、R1R2R3 的黄色选择指示灯分别亮,放开STEP键,CK由低变高,产生一个上升沿,数据被写入寄存器。注意观察: 1. 数据是在放开STEP键后改变的,也就是CK的上升沿数据被打入
4、。 2. K1(SB), K0(SA) 用于选择寄存器。 读寄存器置控制信号为:K11、K10为01,K1、K0为00时,读R0,这时寄存器R0 的红色输出指示灯亮,R0 寄存器的数据送上数据总线。此时数据总线指示灯L7. L0为:00010001. 将K11(RRD)置为1,关闭R0 寄存器输出。读R1寄存器K1、K0为01时,读R1,这时寄存器R1 的红色输出指示灯亮,R1 寄存器的数据送上数据总线。此时数据总线指示灯L7. L0为: 00100010. 将K11(RRD)置为1, 关闭R1 寄存器输出。读R2寄存器K1、K0为10时,读R2,这时寄存器R2 的红色输出指示灯亮,R2 寄存
5、器的数据送上数据总线。此时数据总线指示灯L7. L0为: 00110011. 将K11(RRD)置为1, 关闭R2 寄存器输出。读R3寄存器K1、K0为11时,读R3 ,这时寄存器R3 的红色输出指示灯亮,R3 寄存器的数据送上数据总线。此时数据总线指示灯L7. L0为: 01000100. 将K11(RRD)置为1, 关闭R3 寄存器输出。注意观察:1.数据在K11(RRD)为0 时输出,不是沿触发,与数据打入不同。实验3:MAR 地址寄存器,ST 堆栈寄存器,OUT输出寄存器 寄存器MAR原理图寄存器ST 原理图寄存器OUT原理图寄存器MAR,ST,OUT写工作波形图连接线表将12H写入M
6、AR寄存器二进制开关K23-K16用于DBUS7:0的数据输入,置数据12H置控制信号为:按住STEP脉冲键,CK由高变低,这时寄存器MAR的黄色选择指示灯亮,表明选择MAR寄存器。放开STEP键,CK由低变高,产生一个上升沿,数据12H被写入MAR寄存器。K14(MAROE)为0, MAR寄存器中的地址输出,MAR 红色输出指示灯亮。将K14(MAROE)置为1,关闭MAR输出。将34H写入ST寄存器二进制开关K23-K16用于DBUS7:0的数据输入,置数据34H置控制信号为:按住STEP 脉冲键,CK 由高变低,这时寄存器ST 的黄色选择指示灯亮,表明选择ST 寄存器。放开STEP键,C
7、K由低变高,产生一个上升沿,数据34H被写入ST 寄存器。将56H写入OUT寄存器二进制开关K23-K16用于DBUS7:0的数据输入,置数据56H置控制信号为:按住STEP 脉冲键,CK 由高变低,这时寄存器OUT 的黄色选择指示灯亮,表明选择OUT 寄存器。放开STEP 键,CK 由低变高,产生一个上升沿,数据56H 被写入OUT寄存器。心得体会:(一定要写)写一下自己的感受或者一些问题的进一步的思考。不要写我学会了XXX东西之类的。注意上述三个实验可以选择1和2或者1和3,至少两个写实验报告,实验2和3可以简写,只要根据自己的做的过程描述清楚即可,不用画表格,一定要自己写,不要抄别人的,
8、否则实验报告按作废处理。(以下实验报告要求相同)(下一个实验另起一页,都这样要求。)实验二 运算器实验实验目的:了解模型机中算术、逻辑运算单元的控制方法。实验要求:利用CPTH 实验仪的K16.K23 开关做为DBUS 数据,其它开关做为控制信号,将数据写累加器A和工作寄存器W,并用开关控制ALU的运算方式,实现运算器的功能。实验电路:CPTH 中的运算器由一片CPLD实现,有8 种运算,通过S2,S1,S0 来选择,运算数据由寄存器A及寄存器W 给出,运算结果输出到直通门D。连接线表 将55H写入A寄存器二进制开关K23-K16用于DBUS7:0的数据输入,置数据55H 置控制信号为: 按住
9、STEP脉冲键,CK由高变低,这时寄存器A的黄色选择指示灯亮,表明选择A寄存器。放开STEP键,CK由低变高,产生一个上升沿,数据55H被写入A寄存器。将33H写入W寄存器二进制开关K23-K16用于DBUS7:0的数据输入,置数据33H置控制信号为:按住STEP脉冲键,CK由高变低,这时寄存器W 的黄色选择指示灯亮,表明选择W寄存器。放开STEP 键,CK 由低变高,产生一个上升沿,数据33H 被写入W 寄存器。置下表的控制信号,检验运算器的运算结果注意观察: 运算器在加上控制信号及数据(A,W)后,立刻给出结果,不须时钟。实验心得:实验三 PC 实验实验目的:1、了解模型机中程序计数器PC
10、的工作原理及其控制方法。2、了解程序执行过程中顺序和跳转指令的实现方法。实验要求:利用CPTH 实验仪上的K16.K23 开关做为DBUS 的数据,其它开关做为控制信号,实现程序计数器PC的写入及加1 功能。实验电路:PC 是由两片74HC161构成的八位带预置记数器,预置数据来自数据总线。记数器的输出通过74HC245(PCOE)送到地址总线。PC 值还可以通过74HC245(PCOE_D)送回数据总线。PC 原理图在CPTH 中,PC+1 由PCOE 取反产生。当RST = 0 时,PC 记数器被清0当LDPC = 0 时,在CK的上升沿,预置数据被打入PC记数器当PC+1 = 1 时,在
11、CK的上升沿,PC记数器加一当PCOE = 0 时,PC值送地址总线 PC打入控制原理图PC 打入控制电路由一片74HC151 八选一构成(isp1016实现)。当ELP=1 时,LDPC=1,不允许PC被预置当ELP=0 时,LDPC 由IR3,IR2,Cy,Z确定当IR3 IR2 = 1 X 时,LDPC=0,PC 被预置当IR3 IR2 = 0 0 时,LDPC=非Cy,当Cy=1时,PC 被预置当IR3 IR2 = 0 1 时,LDPC=非Z,当Z=1 时,PC 被预置连接线表 实验1:PC 加一实验置控制信号为:按一次STEP脉冲键,CK产生一个上升沿,数据PC 被加一。实验2:PC
12、 打入实验二进制开关K23-K16用于DBUS7:0的数据输入,置数据12H置控制信号为:每置控制信号后,按一下STEP键,观察PC的变化。实验心得实验四 存储器EM 实验实验目的:了解模型机中程序存储器EM 的工作原理及控制方法。实验要求:利用CPTH 实验仪上的K16.K23 开关做为DBUS 的数据,其它开关做为控制信号,实现程序存储器EM 的读写操作。实验电路:存储器EM 由一片6116RAM 构成,是用户存放程序和数据的地方。存储器EM 通过一片74HC245 与数据总线相连。存储器EM 的地址可选择由PC或MAR 提供。存储器EM 的数据输出直接接到指令总线IBUS,指令总线IBU
13、S 的数据还可以来自一片74HC245。当ICOE 为0 时,这片74HC245 输出中断指令B8。EM原理图连接线表实验1:PC/MAR 输出地址选择 置控制信号为:以下存贮器EM实验均由MAR提供地址实验2:存储器EM 写实验(下面可以选择写读地址0、或者写读地址1的实验报告,偶数学号写0,奇数学号写地址1的)将地址0 写入MAR二进制开关K23-K16用于DBUS7:0的数据输入,置数据00H置控制信号为:按STEP键, 将地址0 写入MAR将数据11H写入EM0二进制开关K23-K16用于DBUS7:0的数据输入,置数据11H置控制信号为:按STEP键, 将数据11H写入EM0将地址1
14、 写入MAR二进制开关K23-K16用于DBUS7:0的数据输入,置数据01H置控制信号为:按STEP键, 将地址1 写入MAR将数据22H写入EM1二进制开关K23-K16用于DBUS7:0的数据输入,置数据22H置控制信号为:按STEP键,将数据22H写入EM1实验3:存储器EM 读实验将地址0 写入MAR二进制开关K23-K16用于DBUS7:0的数据输入,置数据00H置控制信号为:按STEP键, 将地址0 写入MAR读EM0置控制信号为:EM0被读出:11H将地址1写入MAR二进制开关K23-K16用于DBUS7:0的数据输入,置数据01H置控制信号为:按STEP键,将地址0写入MAR读EM1置控制信号为:EM1被读出:22H实验4:存储器打入IR指令寄存器/uPC实验将地址0写入MAR二进制开关K23-K16用于DBUS7:0的数据输入,置数据00H置控制信号为:按ST